CN106426184A - 一种机器人控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人控制***，包括双核处理器，双核处理器包括ARM处理器和DSP处理器，本发明采用ARM+DSP控制策略，取代传统方式中工业计算机PC+运动控制卡+伺服驱动器+伺服电机控制方式，ARM负责机器人的运动规划以及轨迹规划，DSP处理器则负责机器人的动力学以及运动学运算，充分利用了DSP强大的运算能力以及ARM的***控制能力，这样的功能分配能有效的降低主控芯片的开销，将更多的资源用于控制***安全性和精确的控制，性价比可大幅度提高，本发明具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式可供用户选择，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，方便用户实时切换控制方法，通用性比较强。

Description

一种机器人控制***
技术领域
本发明涉及嵌入式计算机控制技术领域，具体涉及一种机器人控制***。
背景技术
西安电子科技大学开发的六自由度专用运动控制器硬件平台采用ARM+FPGA架构，一方面采用总线方式实现对多个电机的控制，具体的底层驱动由智能设备完成，能够对设备状态、故障等进行实时检测；另一方面，外部传感器的采样功能由辅助功能芯片FPGA来完成，而作为主控芯片的ARM微控制器则只是在需要的时候通过外部接口获取需要的数据。
但是现有技术存在如下缺点：
1)、采用ARM作为机器人动力学运算单元，使得***做大规模复杂运算时候效率低下；
2)、控制方式单一，仅支持总线通讯或者单一脉冲模拟量控制方式，不够灵活。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种机器人控制***，能有效的降低主控芯片的开销，并且控制方式比较自由灵活，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种机器人控制***，包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、机器人、编码器连接；还包括电源管理模块；
所述电源管理模块用于给控制***提供电源；
所述双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间进行数据通讯；
所述第一处理器用于负责机器人的运动规划、轨迹规划和***控制；
所述第二处理器用于负责机器人的动力学及运动学运算和闭环控制；
所述上位机用于用户操作选择控制***的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式；
所述网络通讯模块用于实现上位机与控制***子节点的高效通讯；
所述数据存储模块用于存储各种数据；
所述监控模块用于检测控制***的温度、电压以及电流；
所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；
所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；
所述脉冲指令驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；
所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；
所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；
所述伺服电机用于驱动机器人做出相应的机械动作；
所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。
进一步地，所述第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器。
进一步地，所述网络通讯模块通过以太网实现上位机与控制***子节点的高效通讯，所述网络通讯伺服驱动器根据接收的以太网信号驱动伺服电机。
进一步地，所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的串口模块，所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制***与外部设备相连接。
进一步地，所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的显示模块，所述显示模块用于显示反映控制***的状态数据。
进一步地，所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的扩展IO模块，所述扩展IO模块用于控制***与外部设备进行数据分析或交换。
进一步地，所述电源管理模块向网络通讯模块供电低压5V，向控制***其他模块供电低压3.3V。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)、本发明采用ARM作为***控制及检测，DSP完成***动力学运算，充分利用了各自的优势，精简了控制***，同时性价比大幅度提高；
2)、本发明采用EhtherNet可实现高速数据交换及组网；
3)、本发明具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式以供选择，控制方式比较自由灵活，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明机器人控制***实施例1的结构示意图；
图2是本发明机器人控制***实施例2的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种机器人控制***，包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、机器人、编码器连接；还包括电源管理模块。
所述电源管理模块用于给控制***提供电源，电源管理模块为低压电源，电源管理模块向网络通讯模块供电低压5V，向控制***其他模块供电低压3.3V。
所述双核处理器采用F28M36P63C2，双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间通过IPC进行数据通讯；第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器，ARM处理器用于负责机器人的运动规划、轨迹规划和***控制，DSP处理器用于负责机器人的动力学及运动学运算和闭环控制。
所述上位机用于用户操作选择控制***的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式，方便用户实时切换控制方式，控制方式比较灵活，可采用多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，通用性比较强。
所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；所述脉冲指令驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；电路采用DAC8871芯片实现±10V模拟量电压的产生；所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；根据控制方式选择可适用于多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，当采用网络通讯方式时，网络通讯电路单元有效，当采用脉冲指令控制方式时，脉冲发生电路单元有效，当采用模拟量控制方式时，DAC电路使能有效。
所述伺服电机用于驱动机器人做出相应的机械动作。
所述网络通讯模块用于实现上位机与控制***子节点的高效通讯，采用EtherNET总线方式，实现上位机与机器人控制***子节点高效通讯或者控制***与伺服***的通讯，EtherNet通讯端口电路采用LAN8710和H1102网口变压器实现。
所述监控模块用于检测控制***的温度、电压以及电流。
所述数据存储模块用于存储各种数据，包括监控模块检测的各种参数。
所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。安装在机器人伺服电机上的正交编码器实时将伺服电机上的运行参数反馈到控制***，实现闭环运算。
本发明采用ARM+DSP控制策略，取代传统方式中工业计算机PC+运动控制卡+伺服驱动器+伺服电机控制方式，ARM负责机器人的运动规划以及轨迹规划，DSP处理器则负责机器人的动力学以及运动学运算，充分利用了DSP强大的运算能力以及ARM的***控制能力。这样的功能分配能有效的降低主控芯片的开销，将更多的资源用于控制***安全性和精确的控制，性价比可大幅度提高。
本发明具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式可供用户选择，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，方便用户实时切换控制方法，通用性比较强。
本发明的工作流程如下：
用户首先通过上位机选择控制***的控制方式，控制方式可选择网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式，网络通讯模块实现上位机与控制***子节点的高效通讯，双核处理器F28M36P63C2包括ARM处理器、DSP处理器，ARM处理器与DSP处理器之间通过IPC可进行数据通讯，ARM处理器用于负责机器人的运动规划、轨迹规划和***控制，DSP处理器用于负责机器人的动力学及运动学运算和闭环控制，当选择网络通讯控制方式时，网络通讯电路单元有效，双核处理器通过EtherNET总线方式将信号发送至网络通讯伺服驱动器，网络通讯伺服驱动器根据接收的网络信号驱动伺服电机带动机器人做出相应的机械动作；当选择脉冲指令控制方式时，脉冲发生电路单元有效，双核处理器发出脉冲发生指令到脉冲发生模块，脉冲发生模块根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令，脉冲指令伺服驱动器根据接收的脉冲指令驱动伺服电机带动机器人做出相应的机械动作；当选择模拟量指令控制方式时，DAC电路使能有效，双核处理器发出数字指令到DAC数模转换模块，DAC数模转换模块将接收的数字指令转变模拟量指令，模拟量指令伺服驱动器根据接收的模拟量指令驱动伺服电机带动机器人做出相应的机械动作，监控模块用于检测控制***的温度、电压以及电流，数据存储模块用于存储各种数据，包括监控模块检测的各种参数，编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。
实施例2
如图2所示，本发明还提供一种机器人控制***所述机器人控制***，在实施例1的基础上还包括与双核处理器连接的串口模块，所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制***与外部设备相连接。
所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的显示模块，所述显示模块用于显示反映控制***的状态数据。
所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的扩展IO模块，所述扩展IO模块用于控制***与外部设备进行数据分析或交换。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)、本发明采用ARM作为***控制及检测，DSP完成***动力学运算，充分利用了各自的优势，精简了控制***，同时性价比大幅度提高；
2)、本发明采用EhtherNet可实现高速数据交换及组网；
3)、本发明具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式以供选择，控制方式比较自由灵活，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种机器人控制***，其特征在于，包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、机器人、编码器连接；还包括电源管理模块；
所述电源管理模块用于给控制***提供电源；
所述双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间进行数据通讯；
所述第一处理器用于负责机器人的运动规划、轨迹规划和***控制；
所述第二处理器用于负责机器人的动力学及运动学运算和闭环控制；
所述上位机用于用户操作选择控制***的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式；
所述网络通讯模块用于实现上位机与控制***子节点的高效通讯；
所述数据存储模块用于存储各种数据；
所述监控模块用于检测控制***的温度、电压以及电流；
所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；
所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；
所述脉冲指令驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；
所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；
所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；
所述伺服电机用于驱动机器人做出相应的机械动作；
所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。
2.根据权利要求1所述的机器人控制***，其特征在于，所述第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器。
3.根据权利要求1所述的机器人控制***，其特征在于，所述网络通讯模块通过以太网实现上位机与控制***子节点的高效通讯，所述网络通讯伺服驱动器根据接收的以太网信号驱动伺服电机。
4.根据权利要求1所述的机器人控制***，其特征在于，所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的串口模块，所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制***与外部设备相连接。
5.根据权利要求1所述的机器人控制***，其特征在于，所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的显示模块，所述显示模块用于显示反映控制***的状态数据。
6.根据权利要求1所述的机器人控制***，其特征在于，所述机器人控制***还包括与双核处理器连接的扩展IO模块，所述扩展IO模块用于控制***与外部设备进行数据分析或交换。
7.根据权利要求1所述的机器人控制***，其特征在于，所述电源管理模块向网络通讯模块供电低压5V，向控制***其他模块供电低压3.3V。
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